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Um estudo comparativo de dutos em vãos livres através de simulações numéricas / A comparative study of a free span pipeline through numerical simulationsSantos, Marcus Vinicius Franchi dos, 1983- 27 August 2018 (has links)
Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:36:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2015 / Resumo: Vibrações Induzidas por Vórtices em dutos com vãos livres sujeitos a corrente marítima é um problema presente na indústria offshore. Embora significativos esforços tenham sido feitos para entender este complicado problema de interação fluido estrutura, a modelagem numérica para cálculo é ainda um grande desafio. O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar o comportamento dinâmico dos dutos em vãos livres sob os efeitos do fenômeno da vibração induzida por vórtices (VIV). A disponibilidade de diversos programas de cálculo de VIV para estruturas offshore esbeltas facilita a avaliação da vida útil dessas estruturas e reduz o custo de projetos. No entanto, um bom domínio das metodologias adotadas por programas utilizados na indústria e a consciência das limitações correspondentes a diferentes técnicas são fundamentais para que o analista faça uso adequado dessas ferramentas computacionais. Neste sentido, este trabalho faz uma revisão dos diferentes modelos para estimar as forças de VIV devidas à corrente marinha. Para isto, diferentes programas de computador foram utilizados para calcular as vibrações na direção transversal de incidência de corrente, provocadas pelo desprendimento de vórtices em um duto com vão livre. As simulações do comportamento dinâmico da parcela em vão livre do duto foram realizadas utilizando três abordagens, respectivamente: modelos hidrodinâmicos de força de VIV semi-empíricos, no domínio da frequência; modelos hidrodinâmicos de força de VIV semi-empíricos, baseados nos coeficientes de sustentação e número de Strouhal, no domínio do tempo e um modelo hidrodinâmico de wakeoscillator, no domínio do tempo. Os resultados das simulações são analisados através de comparações com dados experimentais. Além disso, as limitações da cada modelo são discutidas / Abstract: Vortex induced vibration (VIV) of free span pipeline subjecting to ocean current is a present problem in the offshore industry. Although significant efforts have done to understand this complicated fluid structure interaction problem, the numerical modeling and predicting is still a big challenge. The primary objective of this work is to characterize the dynamic behavior of pipelines with free span under the effects of the Vortex-Induced Vibration (VIV) phenomenon. Different models to estimate VIV forces due to sea current are discussed. For this purpose, different computer programs were used to predict vibrations in the transverse direction of the current incidence direction, caused by the vortex shedding in a free span of the pipeline. Simulations of the dynamic behavior of a free span portion of the pipeline were carried out by two approaches, respectively: semi-empirical hydrodynamic VIV force model, in frequency domain and, semi-empirical VIV force model based on the lift coefficient and Strouhal number, in time domain and a wake oscillator in time domain. Simulations results are analyzed through comparisons with experimental data and also limitations of the each model are discussed / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo
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Diseño de un manipulador hápticoteleoperado para la exploración marinaÁngeles Dávila, Miguel Adolfo 09 March 2017 (has links)
En el presente trabajo se diseñó un prototipo de brazo robótica háptico teleoperado
de 4 grados de libertad para la exploración marina hasta una profundidad máxima
de 500m. Se diseñó el brazo robótica esclavo en un software de diseño, se analizó
la estática y dinámica de dicho robot y se realizaron análisis de esfuerzos en los
principales componentes. El robot tendrá un alcance máximo de 900mm y contará
con sensores de posicionamiento y fuerza para el control de posición y fuerza.
Además el brazo robótico contará con una cámara cerca al efector final con el
motivo de tener una mejor visión para el operador.
El trabajo incluye también el diseño del manipulador maestro que será controlado
por el operador y que incluirá una realimentación de fuerza (force feedback). Se
escogieron los motores y controladores indicados para el correcto funcionamiento
del robot así como el tipo de comunicación que tendrá el robot con el computador.
En el primer capítulo se presentará la problemática actual de los manipuladores
robóticos submarinos, los cuales en su mayoría son hidráulicos y el costo de
operación de dichos robots son altos.
En el segundo capítulo se mencionarán los requerimientos físicos-mecánicos,
requerimientos electrónicos y requerimientos de control del robot. Además se
presentará el concepto de solución del sistema mecatrónico que será una
alternativa de solución a la problemática presentada.
En el tercer capítulo presentará el sistema mecatrónico completo. Se explicará el
diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico, los sensores y actuadores
presentes en el trabajo, planos de ensamble de los manipuladores, diagramas de
circuitos y el diagrama de control del sistema mecatrónico.
En el cuarto capítulo se presentará el presupuesto total del proyecto, el cual incluirá
el presupuesto de los componentes mecánicos y electrónicos.
Por último en el quinto capítulo se presentarán las conclusiones obtenidas del
proyecto.
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Modelling and essential control of an oceanographic monitoring remotely operated underwater vehicleRojas Mendoza, Jorge Enrique 14 October 2017 (has links)
Ocean pollution and contamination of the water are serious problems because of its rapid
increase and spread, having a negative effect on people, animals and the environment.
Due to this, new technologies to monitor and measure environmental parameters are
being developed. Remotely Operated Underwater Vehicles (ROVs) have become a
commonly used robotic platform in oceanographic monitoring and analysis. The ROVBWSTI,
designed by Fraunhofer IOSB-AST Institute, is an underwater modular vehicle
capable of fulfilling numerous tasks, especially in the area of environmental sensoring.
The motion of the ROV is commanded through a joypad controller, and functional
requirements of autonomy are not implemented yet.
Motivated by this fact, this master thesis focuses on the modelling of the dynamics of
the remotely operated vehicle, considering its motion, existing ocean currents, effects
of gravitation and buoyancy. Moreover, the concrete effect of the thrusters on the
ROV is analysed and identified. Furthermore, the detailed identification of the dynamic
and hydrodynamic parameters required in the model is considered, based on empirical
estimations, computational methods and experimental tests. The obtained approach is
simulated and optimized, using real motion trials as a reference. After the successful
modelling, the design of an essential control system that includes set-point regulation
and waypoint tracking is performed and simulated.
As a result, it obtains an accurate dynamic model of the remotely operated vehicle that
was successfully simulated and compared with real motion tests. On the other hand,
the proposed control system applied to the model adequately achieves its purpose of
regulation and way point tracking that allows the autonomy of the vehicle. / Tesis
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Diseño de un vehículo submarino autónomoRojas Granados, Andreé Jheyson 18 June 2014 (has links)
El presente trabajo presenta una propuesta para el desarrollo de un vehículo
submarino autónomo que ayude a las embarcaciones dedicadas a la pesca de
anchoveta a estimar el porcentaje de especies juveniles bajo sus redes para así
ayudar a la conservación de la especie. Actualmente, en el Perú, la captura de
ejemplares pequeños es sancionada con una multa que es proporcional al volumen
de pesca que infringe la norma. Por este motivo, se desea que el proyecto
propuesto resulte más económico que el pago de las multas, y así ser considerado
como una alternativa atractiva por las empresas pesqueras.
Se inicia el trabajo presentando en el capítulo 1 la descripción de la problemática.
Además, se detalla la normativa presente en el país para la regulación de la pesca
de anchoveta. En el capítulo 2, se presenta el concepto que solucionará la
problemática expuesta. También, se describen los requerimientos que debe
cumplir el sistema mecatrónico para dar solución a la problemática. En el capítulo 3,
se describe el sistema mecatrónico propuesto y se detalla su funcionamiento.
Además, se presenta y describe las características de los sensores, actuadores y
demás componentes que lo integran. Por otro lado, se presentan los planos
mecánicos y diagramas esquemáticos del sistema, así como también se da una
breve descripción de su funcionamiento dentro del sistema. Por último, se presenta
y describe el diagrama de flujo del control del sistema mecatrónico y se describe.
En el capítulo 4, se presenta el presupuesto requerido para la implementación del
sistema mecatrónico, el cual es avalado por proformas que son adjuntadas en los
anexos. Finalmente, en el capítulo 5, se presentan las conclusiones respecto al
trabajo realizado.
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AUV para prospección arqueológica del fondo marino mediante un sonar de barrido lateralQuispe Anchante, René Gustavo 29 October 2014 (has links)
La exploración subacuática se ha venido desarrollando desde ya hace muchos
años tanto con fines arqueológicos y científicos como económicos, pues existen
gran diversidad de seres vivos, ecosistemas y minerales bajo el agua. En lo que
respecta a la arqueología subacuática, esta tiene por objetivo el estudio de
elementos históricos que yacen en un medio acuático con el fin de poder reconstruir
el pasado o de realizar rescates de elementos de índole histórica. La particularidad
de encontrarse en un medio líquido hace que los profesionales recurran a métodos
no convencionales tanto por la forma en que estos elementos se conservan como
por la accesibilidad que se tiene a estos elementos (gran profundidad bajo el agua).
Actualmente en el Perú existe un gran potencial para la exploración marina con
fines arqueológicos, aunque aún no se cuenta con equipos de alta gama para
dichas labores. Entre algunas zonas de interés para estudio podemos mencionar
las Islas Chincha ubicadas a unos 20 km de la costa sur del país, el fondo marino
del Callao con embarcaciones de la época colonial, entre otros. Para tales estudios
existen diversos métodos de prospección que son de gran ayuda para localizar
potenciales regiones con material de estudio importante. De entre los más
destacados se puede mencionar el método por Sonar de Barrido Lateral (SSS por
las siglas en inglés de Side Scan Sonar) en el que se obtienen imágenes,
construidas a partir de lectura de ecos acústicos, del fondo del mar que son
posteriormente analizadas e interpretadas por un experto. Para llevar a cabo estos
estudios en nuestro país, generalmente se hace uso de navíos de gran tamaño que
necesitan de una gran inversión para cada exploración realizada. Por lo tanto, las
investigaciones se ven, en parte, limitadas económicamente. Una alternativa a lo
mencionado es la intervención de los AUV’s (Autonomous Underwater Vehicle) que
vienen siendo desarrollados en diferentes partes del mundo. Esta clase de equipos
son más livianos, fáciles de usar (a comparación a los métodos tradicionales) y con
un costo menor por exploración.
El presente trabajo tiene por objetivo diseñar un prototipo de un AUV que gestione
un sistema de navegación, sistema de propulsión e instrumentos de orientación y
medición con el objetivo de controlar adecuadamente el movimiento del equipo para
poder realizar escaneos del fondo marino mediante un Sonar de Barrido Lateral. A
dicho prototipo se le podrá indicar ciertos parámetros para que de forma autónoma
se movilice a un área definida cerca a nuestro litoral y pueda realizar inmersiones y
exploraciones en las zonas indicadas para luego volver al punto de inicio y entregar
los datos recopilados durante la travesía al usuario investigador. Estos datos
recopilados podrán ser posteriormente analizados y procesados por un experto
para construir imágenes del fondo marino en las cuales se puedan apreciar restos
arqueológicos.
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Diseño de un sistema de estabilización para un vehículo submarino autónomoZevillanos Begazo, Christian Giovanni 09 December 2015 (has links)
Actualmente, es preocupante que el Perú invierta solo el 0.15% del PBI para la
investigación y desarrollo tecnológico considerando que el promedio en América
Latina es de 0.7% [1]. Es por ello, la importancia de ser un país que no solo exporte
materia prima, sino también conocimientos y nuevas tecnologías [2]. Esta tendencia
nacional influye en los diferentes sectores empresariales, en este caso, innovación
y desarrollo para el uso de vehículos subacuáticos autónomos (AUV).
Por tal motivo, se presenta el diseño de un sistema de estabilización para un AUV,
el cual es capaz de estabilizar los giros en el eje Y (pitch), los giros en el eje Z (yaw)
y la profundidad. Este sistema permite que el AUV mantenga el vector dirección y la
profundidad dados por el módulo generador de trayectoria existente en el sistema,
controlando así los motores de los timones verticales y horizontales ubicados en la
cola del AUV. Esto se logra por medio de un controlador PID, el cual se conseguirá
por medio de la simulación de un modelo matemático con los parámetros propios
del vehículo.
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Desarrollo de un control electrónico para un submarino eléctrico experimentalVásquez Herrera, Marcial Adolfo 04 October 2011 (has links)
Actualmente en el Perú, la investigación submarina está poco desarrollada y
en consecuencia no existen medios suficientes para seguir una evolución
constante de nuestra ciencia y tecnología en esa rama. Además el actual
sistema de navegación submarina está basado en el buceo, y como es
sabido está limitado ya que toda investigación depende de las máximas
capacidades a los que pueda llegar un hombre totalmente preparado para
llevar a cabo esta tarea.
Es por eso que la investigación submarina en el Perú está supeditada a lo
que puedan lograr buzos submarinos, con los límites naturales que pueda
soportar una persona totalmente capacitada. Entonces el desarrollo de un
control electrónico, para implementarlo en un submarino eléctrico
experimental puede solucionar en gran medida los problemas existentes que
impiden una mejora substancial en lo que navegación submarina se refiere.
El presente trabajo contiene cuatro capítulos donde se muestra el desarrollo
del sistema. El primer capítulo trata sobre la problemática que se aborda en
este trabajo mostrando las dificultades actuales en investigación. El segundo
muestra la fundamentación teórica que respalda este estudio. El tercer
capítulo muestra el diseño de la solución que se obtiene en este desarrollo,
finalmente en el cuarto capítulo se muestra los resultados de pruebas del
sistema integrado.
Finalmente se concluye que el desarrollo de este control electrónico brinda
las herramientas necesarias para desarrollar una investigación submarina
efectiva, siendo necesario continuar con el estudio de esta rama tecnológica
dentro del Perú.
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Sistema automático de estabilización para un vehículo submarino operado remotamente utilizando visión por computadoraHidalgo Herencia, Franco 20 February 2013 (has links)
Se presenta el diseño e implementación de un vehículo submarino operado
remotamente con un sistema de estabilización automático. El vehículo submarino o
ROV, por sus siglas en inglés (Remotly Operated Vehicle), tiene tres grados de
libertad que le permiten realizar el movimiento arriba-abajo, adelante-atrás y el giro
izquierda-derecha. El sistema de estabilización permite que el ROV se mantenga
enfocado a un objetivo predeterminado y pueda seguirlo gracias a técnicas de visión
por computadora que determinan la distancia y orientación del objetivo y, a un
controlador de lógica difusa que gobierna un sistema de propulsión a chorro
direccionado por un sistema de transmisión. / Tesis
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Diseño conceptual de un vehículo submarino de apoyo para el mantenimiento preventivo de los cordones de soldadura en la carena de los buquesBañón Espinoza, Martín Antonio 07 April 2021 (has links)
En la actualidad, la inspección de los cordones soldados ubicados en la obra viva (carena) de los buques es un proceso raramente realizado debido al tiempo y costo que este implica. En respuesta a esto se han postulado distintas soluciones como el uso de buzos experimentados o desplazar el buque a un dique seco, pero estos siguen siendo poco eficientes.
Por esta razón, en el presente trabajo de investigación se expone el diseño conceptual de un vehículo submarino capaz de sumergirse a aguas poco profundas; y de un algoritmo de visión con la capacidad de funcionar en un entorno tan variable como es el entorno marino. El vehículo constará de una serie de propulsores y sensores IMU, que le permitirán desplazarse en el agua, y mantenerse estable, o en una posición fija cuando se encuentre detenido. Además, contará con sensores de humedad, temperatura y profundidad, que permitirán monitorear al vehículo desde la interfaz, la cual será una laptop. Esta tendrá, un software que podrá procesar la imagen y clasificar los defectos de la imagen. Adicionalmente, el software permitirá comandar todas las acciones del vehículo.
Para este trabajo de investigación, se realizó un análisis de los antecedentes, lo cual incluye definir los objetivos, la metodología y el alcance del trabajo de investigación. Además, de investigar acerca de las tecnologías existentes. Luego, se procedió a realizar el diseño conceptual del sistema. Y se finalizó, describiendo los diagramas que conforman el diseño preliminar del mismo.
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Sistema de control de tiro para torpedos a bordo de submarinosCarpio Ramírez, Alfredo 09 May 2011 (has links)
El presente proyecto pretende incorporar a la nueva tecnología informática, parte de los algoritmos matemáticos probados a través de décadas, los mismos que son desarrollados manualmente utilizando pizarras acrílicas, ábacos de material plástico y muchos cálculos mentales. El nuevo sistema proporcionará soluciones en forma rápida y exacta, sirviendo de excelente soporte a las decisiones del comando durante las fases de aproximación y ataque submarino. / Tesis
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